Motor universal: construcción, funcionamiento y aplicación

<p style=”text-align: justify;”>Un motor universal es un tipo especial de motor que está diseñado para funcionar con suministro de CC o CA monofásico. Los motores universales se llaman así porque pueden funcionar tanto con CA como con CC. Un motor universal tiene un alto par de arranque y características de velocidad variable. Dicho motor funciona a velocidades peligrosamente altas sin carga.

El motor universal es básicamente un motor de CC en serie que está especialmente diseñado para funcionar tanto con CA como con CC. Un motor de serie de CC estándar tiene características muy pobres cuando funciona con CA, principalmente debido a dos razones:

  • La alta reactancia tanto de la armadura como de los devanados de campo limita la corriente CA a un valor mucho más bajo que la corriente CC para el mismo voltaje de línea.
  • Si se utiliza acero sólido para el marco del estator, el flujo de CA producirá grandes corrientes de Foucault en el marco con el consiguiente calentamiento.

Para asegurar el funcionamiento satisfactorio del motor universal desde una fuente de alimentación de CA, son necesarias algunas modificaciones. La reactancia del campo en serie y de los devanados del inducido debe reducirse tanto como sea posible. La reactancia del devanado de campo en serie se puede reducir un poco usando menos vueltas de alambre más pesado. Sin embargo, no sería práctico eliminar la caída de voltaje de la reactancia debida al campo en serie ya que eso también eliminaría el campo magnético. La caída de tensión de la reactancia debida al devanado del inducido puede eliminarse prácticamente mediante el uso de un devanado de compensación. El devanado de compensación está conectado en serie con el devanado del inducido (compensación conductiva) y dispuesto de manera que los amperios-vuelta del devanado de compensación se opongan y neutralicen los amperios-vuelta del inducido. Para realizar esta compensación, el devanado de compensación se desplaza 90 grados eléctricos del devanado de campo.

La reactancia del devanado del inducido se puede reducir colocando un devanado de compensación en el estator para que los flujos se opongan o se “cancelen” entre sí. Este mismo devanado de compensación se puede conectar en serie con el devanado del inducido. En este caso, se dice que el motor está conductivamente compensado. En estas condiciones, el motor universal tendrá características de funcionamiento similares, ya sea con alimentación de CA o CC.

El devanado de compensación puede cortocircuitarse simplemente sobre sí mismo, de modo que se comporte como un secundario cortocircuitado de un transformador (el devanado del inducido actúa como primario). La corriente CA inducida en el devanado de compensación se opone nuevamente a la corriente del inducido y se dice que el motor está inductivamente compensado. La reactancia del devanado de campo se puede mantener baja limitando el número de vueltas.

Índice de contenidos

Tipos de motores universales:

Hay dos tipos de motores universales:

  • Tipo no compensado con polos concentrados
  • Tipo Compensado con Campo Distribuido.

Construcción de Motor Universal:

La construcción de un motor universal es muy similar a la construcción de una máquina de CC. Consiste en un estator en el que se montan los polos de campo. Las bobinas de campo están enrolladas en los polos de campo.

Motor universal no compensado:

El motor No Compensado tiene dos polos salientes y está laminado como se muestra en la figura siguiente.

La armadura es de tipo bobinado y el núcleo laminado tiene ranuras rectas o sesgadas. Los conductores del devanado del inducido están conectados al conmutador. Junto con este tipo de motor se utilizan escobillas de alta resistencia para ayudar a una mejor conmutación. En la siguiente figura se muestra un motor universal de tipo no compensado equivalente.

Tipo Compensado con Campo Distribuido:

El motor universal de tipo compensado consiste en un devanado de campo distribuido y el núcleo del estator es similar al del motor de fase dividida. Sabemos que los motores de fase dividida constan de un devanado auxiliar además del devanado principal. Al igual que los motores de fase dividida, el tipo compensado también consta de un devanado adicional. El devanado de compensación ayuda a reducir el voltaje de reactancia causado por el flujo alterno, cuando el motor funciona con el suministro de CA.

En la siguiente figura se muestra un motor universal de tipo compensado equivalente.

Principio de funcionamiento del motor universal:

Un motor universal funciona con alimentación de CC o CA monofásica. Cuando el motor universal se alimenta con un suministro de CC, funciona como un motor en serie de CC. Cuando la corriente fluye en el devanado de campo, produce un campo magnético. La misma corriente también fluye desde los conductores del inducido. Cuando un conductor que lleva corriente se coloca en un campo electromagnético, experimenta una fuerza mecánica. Debido a esta fuerza mecánica, o par, el rotor comienza a girar. La dirección de esta fuerza viene dada por la regla de la mano izquierda de Fleming.

Fuerza sobre el conductor, F=I(LxB)

donde I es la corriente que circula por los devanados y L es la longitud activa del conductor.

Ahora la pregunta es, ¿cómo funciona un motor de CC con suministro de CA?

A partir de la imagen anterior, se puede calcular la dirección de la fuerza resultante debida a la corriente en el devanado en presencia de un campo magnético. Esta Fuerza, llamada Fuerza de Lorentz, está en la dirección a lo largo de la cual gira la bobina del inducido y, por lo tanto, el eje.

Si el suministro es CC, la polaridad nunca se invierte. Entonces obtenemos el campo y la corriente siempre en la misma dirección y, por lo tanto, una fuerza neta en una dirección particular sobre los conductores debido a la cual gira el rotor.

Si el suministro es CA, la polaridad cambia entre +ve y –ve, 50 veces por segundo. Entonces, la dirección de la corriente y el campo magnético cambian y, por lo tanto, obtenemos la fuerza resultante en diferentes direcciones.

Al igual que en un motor en serie de CC, dado que el campo está conectado en serie con la armadura, tanto la dirección de la corriente como la del campo cambian simultáneamente y, como resultado, la fuerza resultante siempre permanece en la misma dirección, como se puede ver en la dirección (tome la dirección de I como opuesta a la original y B como opuesta a la original y usando la regla de la mano izquierda de Fleming). Por lo tanto, incluso si se cambia la polaridad, el motor continúa funcionando en la misma dirección. Los polos están laminados porque invariablemente funcionan con CA y se inducen corrientes de Foucault. Por lo tanto, los polos laminados reducen la corriente de Foucault.

Aplicación del motor universal:

  • Los motores universales encuentran su uso en varios electrodomésticos como aspiradoras, batidoras de bebidas y alimentos, máquinas de coser domésticas, etc.
  • Los motores universales de mayor potencia se utilizan en taladros portátiles, licuadoras, etc.

¡Gracias!

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